Relationale Datenbanksysteme

Komponenten eines Datenbanksystems

Im Alltag verschwimmen oft die Begriffe Datenbanksystem und Datenbank zu einer Einheit, die sie zwar im Endeffekt bilden, aber aus technischer Sicht nicht sind. Der trügerische Eindruck entsteht, weil die Daten innerhalb der eigentlichen Datenbank oftmals direkt verbunden mit ihrem Ausgabemedium gesehen werden. Im Internet ist es vielleicht noch am einfachsten, die klare Trennung von Datenbank und Ausgabemedium festzumachen: Ergebnisse einer Abfrage z.B. in einem Webshop gelangen im Browser innerhalb einer HTML-Seite zum Benutzer. Sobald die ausgegebenen Bücher, Preise, ISBN-Nummern und was sonst noch bei einem Internet-Buchhändler abgefragt werden kann, vom Webserver in eine HTML-Datei geschrieben werden, dient die HTML-Seite bzw. der Internet-Browser als Ausgabemedium, während die Datenbank von dieser Ausgabe losgelöst ist und auch keine direkter Verbindung mehr zu ihr besteht. Diese müsste erst wieder durch eine erneute Abfrage aufgenommen werden.

Das Datenbanksystem besteht aus zwei Komponenten, von denen die eine die Datenbank mit den Daten selbst und die andere das Datenbankmanagementsystem ist, das die Datenbank verwaltet. Verwaltung bedeutet im obigen Beispiel, dass das DMBS die Anfrage nach einem speziellen Buch oder nach beliebig vielen Büchern, die die vom Benutzer vorgegebenen Kriterien erfüllen, an die Datenbank schickt und die zurückgegebenen Daten über den Webserver an den Shopbesucher weiterleitet. Gleichzeitig erfüllt es eine Sicherungsfunktion, da über die Schnittstelle Browser dem Benutzer nur bestimmte Aktionen innerhalb des DBS gestattet werden. Er kann so bspw. nur Daten abfragen und Daten in Form einer Bestellung schreiben. Es wird ihm darüber hinaus vollständig verwehrt, Datensätze zu löschen, welche die angebotenen Bücher betreffen.

• Datenbanksystem heißt eine Struktur, die aus Datenbank und Datenbankmanagementsystem besteht.
• Der korrekte Oberbegriff für die Datenbank mit ihren Daten und das Datenbankmanagementsystem mit Verwaltungsfunktionen lautet Datenbanksystem.
• Datenbank heißt der Speicherort strukturierter Daten. Die Datenbank (engl. Data Base) als solche stellt den Speicherort sämtlicher Daten auf einem physikalischen Datenträger wie CD-ROM, DVD, Festplatte usw. dar. In Abhängigkeit vom jeweiligen Dateisystem und Datenbankmodell werden diese Daten verwaltet. Zugriffszeit und Speicherplatz wiederum sind hauptsächlich abhängig von der Hardware des Speicherträgers als solchen und der Hardware der Zugriffsgeräte (z.B unterschiedliche Geschwindigkeiten bei Festplatten und CD-ROM-Laufwerken). Eine weitere Einflussquelle stellt auch das Datenmodell selbst dar. Auf dieser Ebene unterscheidet man auch einen Basisbereich, der die tatsächlichen Daten enthält, und einen Systemkatalog (engl. Data Dictionary) mit Informationen über die logische Struktur der gesamten Datenbank. Diese Informationen können auch mit dem Begriff der Metadaten (Daten über Daten) bezeichnet werden.
• Datenbankmanagementsystem heißt die Komponente eines DBS, das Datenverwaltung und Datensicherheit bereitstellt.

Der zweite Bestandteil eines Datenbanksystems ist das Datenbankmanagementsystem (engl. Data Base Management System), das die Schnittstelle zwischen der Datenbank und der Kommunikationsschnittstelle zum Benutzer bildet. MySQL ist beispielsweise eine solches DBMS mit vielen verschiedenen Funktionen für die Einrichtung und Benutzung der Datenbank: Datenzugriff, Gewährleistung von Datensicherheit, Datenmanipulation, Datenverwaltung und Einrichtung des Datenmodells.

Sichten auf ein DBS

Mit dem Begriff Sicht (engl. View) sollen unterschiedliche Betrachtungsweisen einer Datenbankkonzeption bezeichnet werden. Es entspricht einem Drei-Ebenen-Modell, das von ANSI/SPARC (engl. American National Standards Institute/Standards Planning and Requirements Committee) in den 70er Jahren empfohlen wurde. Diese Konzeption diente der Vereinheitlichung und Vereinfachung aktueller und künftiger Datenbanksysteme. Man hatte bereits die Bedeutung der Fähigkeit eines DBS erkannt, sich weiterzuentwickeln und den Datenbestand auch in neuen Technologien weiterhin benutzbar zu machen. Um kompatibel zu allen System und migrationsfähig für alle kommenden Technologien zu bleiben, bildete die Forderung nach Unabhängigkeit der drei Ebenen untereinander das Kernelement der Empfehlung. Die Arbeit, die Sie sich heute machen, müssten Sie also zumindest laut dieser Theorie noch in 20-30 Jahren verwenden können.

Die einzelnen Begriffe sind dabei durchaus wörtlich zu nehmen, wie die folgenden Erklärungen zeigen:

Interne Sicht

:

Direkt auf Datenbankebene beschreibt diese Sichtweise den Blick auf die Datenorganisation und die Art und Weise, wie die Datensätze auf einem geeigneten Speichermedium abgelegt werden. Mögliche Aufgaben aus dieser Perspektive sind die Zugriffszeiten, die vorhandene Datenmenge und Eigenschaften des Datenmodells.

Konzeptionelle Sicht

Schaut man aus dieser Perspektive auf eine Datenbank, tritt das Datenmodell zu Tage, also die Objekte im Weltausschnitt, der mit Hilfe der Datenbank modelliert werden sollte. Die in der Realität gefundenen Objekte erhalten in der Konzeption bzw. im Datenmodell bestimmte Eigenschaften, die mit den Eigenschaften in der Wirklichkeit übereinstimmen. Ein Unternehmen würde hier also für das Objekt Mitarbeiter die Eigenschaften Sozialversicherungsnummer, Alter, Adresse und natürlich den Namen oder die Fertigkeiten erfassen. Zusätzlich kümmert sich die konzeptionelle Sicht darum, Beziehungen zwischen diesen Objekten einzurichten, die schnelle und einfache Abfragen erlauben.

Externe Sicht

Benutzer können von außen mit Hilfe von vorbereiteten oder eigenen Abfragen Datensätze suchen und ändern. Dabei kann man entweder direkt SQL-Befehle benutzen oder verschiedene Hilfsmittel (Stichwörter, Auswahllisten, Berichte oder Profisuche). Diese Möglichkeiten werden Ihnen vom DB-Administrator oder DB-Entwickler zur Verfügung gestellt. Sie regeln gleichzeitig auch die Art und Weise der verschiedenen Möglichkeiten, eine DB von außen zu betrachten. Nicht jeder darf alle Daten sehen, da Informationen wie Umsatzzahlen zwar hochinteressant, aber nicht so sehr für Kunden bestimmt sind, z.B. die Produktinformationen.

Benutzergruppen eines DBS

Im einleitenden Beispiel tauchte bereits eine der drei Gruppen auf, die in Zusammenhang mit einem DBS genannt werden können. Der Besucher eines Webshops, der Controller, der mit Abfragen die Daten untersucht oder der Buchhalter, der über die Buchungssätze Daten generiert, zählen zu den so genannten Anwendern. Sie haben eine externe Sicht auf die Datenbank und greifen mit speziell konfigurierten Programmen auf die Datenbank zu. Ein Zugriff kann dabei über eine Abfrage oder über Dateneingabe erfolgen.

Änderungen wie das Entfernen von Tabellen oder ihre Vergrößerung führt der Administrator aus. Er ist in dieser Hinsicht für die Weiterentwicklung und den Erhalt der Datenbank verantwortlich und betreut sie mit speziellen Hilfsmitteln.

Manchmal arbeitet der Modellierer in Personalunion auch als Administrator, doch gerade bei großen Projekten, die extern betreut werden, wird die Datenbank von einem externen Berater bzw. einer anderen Firma entworfen und implementiert. Mit Hilfe von Schulungen wird dann eine Gruppe von Mitarbeitern des Kunden in die Lage versetzt, als Administratoren der neuen Datenbank zu wirken.

Anforderungen an ein DBS

Um wie in den nächsten Artikeln ein gutes Datenmodell zu erzeugen, das nicht bereits nach den ersten Einträgen oder ersten umständlichen Abfragen geändert oder sogar gelöscht werden muss, kann man sich in jede einzelne Personengruppe hineindenken, die eine DB benutzen wird. Ihre verschiedenen Motivationen und Interessen führen zu allgemeinen Wünschen, wie der Weltausschnitt in einer DB abgebildet sein sollte. Diese Wünsche lassen sich folgendermaßen in einer Kriterienliste zusammenfassen:

• Gute Repräsentation der realen Welt: Die Datenbank muss ein getreues Abbild der Realität mit aktuellen Daten liefern.
• Keine Datenredundanz: Die Informationen einer Datenbank sollen in ihrer Beschreibung und Speicherung einzigartig sein.
• Unabhängigkeit der Daten mit Blick auf Benutzung: Die Programme zur Benutzung der Datenbank sollen auf Hard- und Software-Seite (physische Unabhängigkeit) wie auf organisatorischer Seite (logische Unabhängigkeit) unabhängig sein.
• Leichter Datenzugriff: Auch mit Datenbanken nicht vertrauten Benutzern muss ein einfacher Informationszugriff möglich sein.
• Sicherheit und Vertraulichkeit: Sowohl auf physischer (Datenverlust durch Hardwarebeschädigung oder Mutwillen) wie auch auf logischer Seite (inhaltliche Zugriffskontrolle) müssen Sicherheitsstandards bestehen.
• Leistung der Abfragen und Anwendungsprogramme: Auch bei gleichzeitigem Zugriff auf die Daten muss eine akzeptable Antwortzeit gegeben sein.